JP7546364B2 - Substrate processing method, substrate for evaluating gas flow, and substrate processing apparatus - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

本開示は、基板処理方法、ガス流評価用基板及び基板処理装置に関する。The present disclosure relates to a substrate processing method, a substrate for gas flow evaluation, and a substrate processing apparatus.

特許文献１には、チャンバ内の半導体基板を加熱し、キャリアガスと反応性ガスを流すことによって、薄膜形成、不純物拡散などを行う半導体製造装置が開示されている。この半導体製造装置は、チャンバ内の反応性ガスの濃度を常にモニタする機構を具備する。そして、反応性ガスの濃度が、マスフローコントローラで設定したガス濃度に達してからプロセスを開始することによって、再現性の向上を図っている。Patent Document 1 discloses a semiconductor manufacturing device that performs thin film formation, impurity diffusion, and the like by heating a semiconductor substrate in a chamber and flowing a carrier gas and a reactive gas. This semiconductor manufacturing device is equipped with a mechanism for constantly monitoring the concentration of the reactive gas in the chamber. The device aims to improve reproducibility by starting the process only when the concentration of the reactive gas reaches the gas concentration set by a mass flow controller.

特開平９－２７４５６号公報Japanese Patent Application Publication No. 9-27456

本開示にかかる技術は、基板の表面におけるガスの流れを適切に測定する。The technology disclosed herein appropriately measures the gas flow on the surface of a substrate.

本開示の一態様は、（ａ）チャンバの内部に設けられた載置台に、表面に複数のフローセンサを有する基板を載置する工程と、（ｂ）前記チャンバの内部に処理ガスを供給する工程と、（ｃ）前記複数のフローセンサを用いて前記基板の表面における前記処理ガスの流れの大きさ及び向きを測定する工程と、（ｄ）製品用基板に処理を行う工程と、（ｅ）前記工程（ａ）～（ｃ）を行い、前記処理ガスの流れの大きさ及び向きを評価する工程と、を含み、前記工程（ｅ）は、（ｅ１）前記工程（ｄ）の前に、前記工程（ａ）～（ｃ）を行い、前記処理ガスの流れの大きさ及び向きの初期値を測定する工程と、（ｅ２）前記工程（ｄ）の後に、前記工程（ａ）～（ｃ）を行う工程と、（ｅ３）前記工程（ｅ１）で測定した初期値と、前記工程（ｅ２）の測定結果とを比較する工程と、を備える。 One aspect of the present disclosure includes the steps of: (a) placing a substrate having a plurality of flow sensors on a mounting table provided inside a chamber; (b) supplying a process gas into the chamber; (c) measuring a magnitude and direction of the process gas flow on a surface of the substrate using the plurality of flow sensors; (d) processing a product substrate; and (e) performing steps (a) to (c) to evaluate the magnitude and direction of the process gas flow, the step (e) comprising: (e1) performing steps (a) to (c) before step (d) and measuring initial values of the magnitude and direction of the process gas flow; (e2) performing steps (a) to (c) after step (d); and (e3) comparing the initial values measured in step (e1) with the measurement result of step (e2).

本開示によれば、基板の表面におけるガスの流れを適切に測定することができる。The present disclosure allows for proper measurement of gas flow on the surface of a substrate.

本実施形態にかかるウェハ処理装置の構成の概略を示す平面図である。1 is a plan view showing an outline of a configuration of a wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention.本実施形態にかかる処理モジュールの構成の概略を示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing an outline of a configuration of a processing module according to the present embodiment.本実施形態にかかる評価用ウェハの構成の概略を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an outline of the configuration of an evaluation wafer according to an embodiment of the present invention.フローセンサの構成の概略を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of a flow sensor.評価用ウェハにおける処理ガスの流れの一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a flow of a process gas in an evaluation wafer.他の実施形態にかかる評価用ウェハの構成の概略を示す平面図である。FIG. 13 is a plan view showing an outline of the configuration of an evaluation wafer according to another embodiment.評価用ウェハにおける処理ガスの流れの一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a flow of a process gas in an evaluation wafer.

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という場合がある。）に対して処理ガスを供給し、当該ウェハにエッチング処理、成膜処理、拡散処理などの所望の処理が行われる。具体的には、チャンバの内部に設けられた載置台にウェハが保持された状態で、当該チャンバの内部に処理ガスを供給する。In the manufacturing process of semiconductor devices, a process gas is supplied to a semiconductor wafer (hereinafter sometimes referred to as a "wafer"), and the wafer is subjected to a desired process such as etching, film formation, diffusion, etc. Specifically, the process gas is supplied into the chamber while the wafer is held on a stage installed inside the chamber.

従来、処理ガスの供給源であるガスボックスはチャンバの外部に設けられ、当該ガスボックスにおいて処理ガスの流量を制御し、さらにフロースプリッタにおいて処理ガスを分流して、チャンバの内部に処理ガスを供給している。このように処理ガスの流量を制御及び分流して供給することで、ウェハ面内におけるガス流量の均一化を図っている。Conventionally, a gas box, which is the source of the process gas, is installed outside the chamber, and the flow rate of the process gas is controlled in the gas box, and the process gas is further divided in a flow splitter and supplied to the inside of the chamber. By controlling and dividing the flow rate of the process gas in this way, the gas flow rate is made uniform across the wafer surface.

しかしながら、従来の基板処理装置では、ウェハ表面を流れるガスの流量を測定することは困難である。例えば、特許文献１に開示された半導体製造装置は、チャンバ内の反応性ガス（処理ガス）の濃度をモニタしているが、ウェハ表面を流れるガス流量を測定することはできない。However, in conventional substrate processing equipment, it is difficult to measure the flow rate of gas flowing over the wafer surface. For example, the semiconductor manufacturing equipment disclosed inPatent Document 1 monitors the concentration of reactive gas (processing gas) in the chamber, but cannot measure the gas flow rate flowing over the wafer surface.

このため、例えばウェハ処理がウェハ面内で均一に行われない場合に、有効的な改善策を講じるのは困難である。また、例えばウェハに対して何らかのトラブルが生じた場合でも、そのトラブルの原因究明にはトライアンドエラーを繰り返す必要があり、原因の特定に時間がかかる。For this reason, for example, if wafer processing is not performed uniformly across the wafer surface, it is difficult to implement effective remedial measures. Furthermore, even if some kind of trouble occurs with the wafer, repeated trial and error is required to determine the cause of the trouble, and identifying the cause takes time.

本開示にかかる技術は、基板の表面におけるガスの流れを適切に測定する。以下、本実施形態にかかる基板処理装置としてのウェハ処理装置及び基板処理方法としてのウェハ処理方法ついて、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。The technology disclosed herein appropriately measures the gas flow on the surface of a substrate. Below, a wafer processing apparatus as a substrate processing apparatus and a wafer processing method as a substrate processing method according to this embodiment will be described with reference to the drawings. Note that in this specification and the drawings, elements having substantially the same functional configuration are denoted with the same reference numerals to avoid redundant description.

＜ウェハ処理装置＞
先ず、本実施形態にかかるウェハ処理装置について説明する。図１は、本実施形態にかかるウェハ処理装置１の構成の概略を示す平面図である。ウェハ処理装置１では、基板としてのウェハＷに対して、例えばエッチング処理、成膜処理、拡散処理などの処理を行う。<Wafer Processing Device>
First, a wafer processing apparatus according to the present embodiment will be described. Fig. 1 is a plan view showing an outline of the configuration of awafer processing apparatus 1 according to the present embodiment. In thewafer processing apparatus 1, processes such as etching, film formation, and diffusion are performed on a wafer W as a substrate.

図１に示すようにウェハ処理装置１は、大気部１０と減圧部１１がロードロックモジュール２０、２１を介して一体に接続された構成を有している。大気部１０は、大気圧雰囲気下においてウェハＷに所望の処理を行う大気モジュールを備える。減圧部１１は、減圧雰囲気下においてウェハＷに所望の処理を行う減圧モジュールを備える。As shown in FIG. 1, thewafer processing apparatus 1 has anatmospheric section 10 and a reducedpressure section 11 that are integrally connected viaload lock modules 20 and 21. Theatmospheric section 10 includes an atmospheric module that performs a desired process on the wafer W in an atmospheric pressure environment. The reducedpressure section 11 includes a reduced pressure module that performs a desired process on the wafer W in a reduced pressure environment.

ロードロックモジュール２０、２１は、ゲートバルブ（図示せず）を介して、大気部１０の後述するローダモジュール３０と、減圧部１１の後述するトランスファモジュール５０を連結するように設けられている。ロードロックモジュール２０、２１は、ウェハＷを一時的に保持するように構成されている。また、ロードロックモジュール２０、２１は、内部を大気圧雰囲気と減圧雰囲気（真空状態）とに切り替えられるように構成されている。Theload lock modules 20, 21 are provided to connect a loader module 30 (described later) in theatmospheric section 10 and a transfer module 50 (described later) in the reducedpressure section 11 via a gate valve (not shown). Theload lock modules 20, 21 are configured to temporarily hold a wafer W. Theload lock modules 20, 21 are also configured so that the interior can be switched between an atmospheric pressure atmosphere and a reduced pressure atmosphere (vacuum state).

大気部１０は、後述するウェハ搬送機構４０を備えたローダモジュール３０と、複数のウェハＷを保管可能なフープ３１を載置するロードポート３２とを有している。なお、ローダモジュール３０には、ウェハＷの水平方向の向きを調節するオリエンタモジュール（図示せず）や複数のウェハＷを格納する格納モジュール（図示せず）などが隣接して設けられていてもよい。Theatmospheric section 10 has aloader module 30 equipped with awafer transport mechanism 40 described below, and aload port 32 on which aFOUP 31 capable of storing multiple wafers W is placed. Theloader module 30 may be adjacent to an orienter module (not shown) that adjusts the horizontal orientation of the wafer W, a storage module (not shown) that stores multiple wafers W, and the like.

ローダモジュール３０は内部が矩形の筐体からなり、筐体の内部は大気圧雰囲気に維持されている。ローダモジュール３０の筐体の長辺を構成する一側面には、複数、例えば５つのロードポート３２が並設されている。ローダモジュール３０の筐体の長辺を構成する他側面には、ロードロックモジュール２０、２１が並設されている。Theloader module 30 is made up of a rectangular housing, and the interior of the housing is maintained at atmospheric pressure.Multiple load ports 32, for example fiveload ports 32, are arranged side by side on one side that constitutes the long side of theloader module 30 housing.Load lock modules 20 and 21 are arranged side by side on the other side that constitutes the long side of theloader module 30 housing.

ローダモジュール３０の内部には、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構４０が設けられている。ウェハ搬送機構４０は、ウェハＷを保持して移動する搬送アーム４１と、搬送アーム４１を回転可能に支持する回転台４２と、回転台４２を搭載した回転載置台４３とを有している。また、ローダモジュール３０の内部には、ローダモジュール３０の長手方向に延伸するガイドレール４４が設けられている。回転載置台４３はガイドレール４４上に設けられ、ウェハ搬送機構４０はガイドレール４４に沿って移動可能に構成されている。Inside theloader module 30, there is provided awafer transfer mechanism 40 that transfers the wafer W. Thewafer transfer mechanism 40 has atransfer arm 41 that holds and moves the wafer W, a rotating table 42 that rotatably supports thetransfer arm 41, and a rotatingplatform 43 on which the rotating table 42 is mounted. Inside theloader module 30, there is provided aguide rail 44 that extends in the longitudinal direction of theloader module 30. The rotatingplatform 43 is provided on theguide rail 44, and thewafer transfer mechanism 40 is configured to be movable along theguide rail 44.

減圧部１１は、ウェハＷを同時に搬送するトランスファモジュール５０と、トランスファモジュール５０から搬送されたウェハＷに所望の処理を行う処理モジュール６０を有している。トランスファモジュール５０及び処理モジュール６０の内部はそれぞれ、減圧雰囲気に維持される。１つのトランスファモジュール５０に対し、処理モジュール６０は複数、例えば８つ設けられている。なお、処理モジュール６０の数や配置は本実施形態に限定されず、任意に設定することができる。Thedecompression section 11 has atransfer module 50 that simultaneously transports wafers W, and aprocessing module 60 that performs the desired processing on the wafers W transported from thetransfer module 50. The interiors of thetransfer module 50 and theprocessing module 60 are each maintained in a reduced pressure atmosphere. A plurality ofprocessing modules 60, for example, eightprocessing modules 60, are provided for onetransfer module 50. Note that the number and arrangement of theprocessing modules 60 are not limited to this embodiment and can be set as desired.

トランスファモジュール５０は内部が多角形状（図示の例では五角形状）の筐体からなり、上述したようにロードロックモジュール２０、２１に接続されている。トランスファモジュール５０は、ロードロックモジュール２０に搬入されたウェハＷを一の処理モジュール６０に搬送して所望の処理を施した後、ロードロックモジュール２１を介して大気部１０に搬出する。Thetransfer module 50 is made of a housing with a polygonal shape (pentagonal shape in the illustrated example) inside, and is connected to theload lock modules 20 and 21 as described above. Thetransfer module 50 transports the wafer W loaded into theload lock module 20 to one of theprocessing modules 60, where the desired processing is performed, and then the wafer W is transported to theatmospheric section 10 via theload lock module 21.

処理モジュール６０は、例えばエッチング処理、成膜処理、拡散処理などの処理を行う。処理モジュール６０には、ウェハ処理の目的に応じた処理を行うモジュールを任意に選択することができる。また、処理モジュール６０は、ゲートバルブ６１を介してトランスファモジュール５０に接続されている。なお、この処理モジュール６０の構成は後述する。Theprocessing module 60 performs processes such as etching, film formation, and diffusion. Theprocessing module 60 can be selected from modules that perform processes according to the purpose of the wafer processing. Theprocessing module 60 is connected to thetransfer module 50 via agate valve 61. The configuration of thisprocessing module 60 will be described later.

トランスファモジュール５０の内部には、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構７０が設けられている。ウェハ搬送機構７０は、ウェハＷを保持して移動する搬送アーム７１と、搬送アーム７１を回転可能に支持する回転台７２と、回転台７２を搭載した回転載置台７３とを有している。また、トランスファモジュール５０の内部には、トランスファモジュール５０の長手方向に延伸するガイドレール７４が設けられている。回転載置台７３はガイドレール７４上に設けられ、ウェハ搬送機構７０はガイドレール７４に沿って移動可能に構成されている。Inside thetransfer module 50, there is provided awafer transfer mechanism 70 that transfers the wafer W. Thewafer transfer mechanism 70 has atransfer arm 71 that holds and moves the wafer W, a rotating table 72 that rotatably supports thetransfer arm 71, and a rotatingplatform 73 on which the rotating table 72 is mounted. Inside thetransfer module 50, there is provided aguide rail 74 that extends in the longitudinal direction of thetransfer module 50. The rotatingplatform 73 is provided on theguide rail 74, and thewafer transfer mechanism 70 is configured to be movable along theguide rail 74.

トランスファモジュール５０では、ロードロックモジュール２０に保持されたウェハＷを搬送アーム７１で受け取り、処理モジュール６０に搬送する。また、所望の処理が施されたウェハＷを搬送アーム７１が保持し、ロードロックモジュール２１に搬出する。In thetransfer module 50, thetransfer arm 71 receives the wafer W held in theload lock module 20 and transfers it to theprocessing module 60. Thetransfer arm 71 also holds the wafer W that has been subjected to the desired processing and transfers it to theload lock module 21.

次に、以上のように構成されたウェハ処理装置１を用いて行われるウェハ処理について説明する。Next, we will explain the wafer processing performed using thewafer processing device 1 configured as described above.

先ず、複数のウェハＷを収納したフープ３１がロードポート３２に載置される。First, aFOUP 31 containing multiple wafers W is placed on theload port 32.

次に、ウェハ搬送機構４０によって、フープ３１からウェハＷが取り出され、ロードロックモジュール２０に搬入される。ロードロックモジュール２０にウェハＷが搬入されると、ロードロックモジュール２０内が密閉され、減圧される。その後、ロードロックモジュール２０の内部とトランスファモジュール５０の内部が連通される。Next, the wafer W is removed from theFOUP 31 by thewafer transfer mechanism 40 and loaded into theload lock module 20. Once the wafer W is loaded into theload lock module 20, the inside of theload lock module 20 is sealed and depressurized. After that, the inside of theload lock module 20 and the inside of thetransfer module 50 are connected to each other.

次に、ウェハ搬送機構７０によってウェハＷが保持され、ロードロックモジュール２０からトランスファモジュール５０に搬送される。Next, the wafer W is held by thewafer transfer mechanism 70 and transferred from theload lock module 20 to thetransfer module 50.

次に、ゲートバルブ６１が開放され、ウェハ搬送機構７０によって処理モジュール６０にウェハＷが搬入される。その後、ゲートバルブ６１が閉じられ、処理モジュール６０においてウェハＷに所望の処理が行われる。なお、このウェハＷに対する処理については後述する。Next, thegate valve 61 is opened, and the wafer W is loaded into theprocessing module 60 by thewafer transfer mechanism 70. After that, thegate valve 61 is closed, and the desired processing is performed on the wafer W in theprocessing module 60. The processing of this wafer W will be described later.

次に、ゲートバルブ６１が開放され、ウェハ搬送機構７０によって処理モジュール６０からウェハＷが搬出される。その後、ゲートバルブ６１が閉じられる。Next, thegate valve 61 is opened, and the wafer W is removed from theprocessing module 60 by thewafer transfer mechanism 70. After that, thegate valve 61 is closed.

次に、ウェハ搬送機構７０によって、ロードロックモジュール２１にウェハＷが搬入される。ロードロックモジュール２１にウェハＷが搬入されると、ロードロックモジュール２１内が密閉され、大気開放される。その後、ロードロックモジュール２１の内部とローダモジュール３０の内部が連通される。Next, the wafer W is loaded into theload lock module 21 by thewafer transfer mechanism 70. When the wafer W is loaded into theload lock module 21, the inside of theload lock module 21 is sealed and opened to the atmosphere. After that, the inside of theload lock module 21 and the inside of theloader module 30 are connected to each other.

次に、ウェハ搬送機構４０によってウェハＷが保持され、ロードロックモジュール２１からローダモジュール３０を介してフープ３１に戻されて収容される。こうして、ウェハ処理装置１における一連のウェハ処理が終了する。Next, the wafer W is held by thewafer transfer mechanism 40 and returned from theload lock module 21 through theloader module 30 to theFOUP 31 where it is accommodated. This completes the series of wafer processing steps in thewafer processing device 1.

＜処理モジュール＞
次に、上述した処理モジュール６０について説明する。図２は、処理モジュール６０の構成の概略を示す縦断面図である。<Processing Module>
Next, a description will be given of the above-mentionedprocessing module 60. FIG.

図２に示すように処理モジュール６０は、プラズマ処理装置１００及び制御部１０１を含む。プラズマ処理装置１００は、プラズマ処理チャンバ１１０、ガス供給部１２０、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）電力供給部１３０及び排気システム１４０を含む。また、プラズマ処理装置１００は、支持部１１１及び上部電極シャワーヘッド１１２を含む。支持部１１１は、プラズマ処理チャンバ１１０内のプラズマ処理空間１１０ｓの下部領域に配置される。上部電極シャワーヘッド１１２は、支持部１１１の上方に配置され、プラズマ処理チャンバ１１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の一部として機能し得る。As shown in FIG. 2, theprocessing module 60 includes aplasma processing apparatus 100 and acontrol unit 101. Theplasma processing apparatus 100 includes aplasma processing chamber 110, agas supply unit 120, an RF (Radio Frequency)power supply unit 130, and an exhaust system 140. Theplasma processing apparatus 100 also includes asupport unit 111 and anupper electrode showerhead 112. Thesupport unit 111 is disposed in a lower region of theplasma processing space 110s in theplasma processing chamber 110. Theupper electrode showerhead 112 is disposed above thesupport unit 111 and can function as part of the ceiling of theplasma processing chamber 110.

支持部１１１は、プラズマ処理空間１１０ｓにおいてウェハＷを支持するように構成される。一実施形態において、支持部１１１は、下部電極１１３、載置台としての静電チャック１１４、及びエッジリング１１５を含む。静電チャック１１４は、下部電極１１３上に配置され、静電チャック１１４の上面でウェハＷを支持するように構成される。エッジリング１１５は、下部電極１１３の周縁部上面においてウェハＷを囲むように配置される。また、図示は省略するが、一実施形態において、支持部１１１は、当該支持部１１１を貫通し、ウェハＷの下面に当接して昇降自在に構成されたリフタピンを含んでいてもよい。さらに、図示は省略するが、一実施形態において、支持部１１１は、静電チャック１１４及びウェハＷのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、冷媒、伝熱ガスのような温調流体が流れる。Thesupport 111 is configured to support the wafer W in theplasma processing space 110s. In one embodiment, thesupport 111 includes alower electrode 113, anelectrostatic chuck 114 as a mounting table, and anedge ring 115. Theelectrostatic chuck 114 is disposed on thelower electrode 113 and configured to support the wafer W on the upper surface of theelectrostatic chuck 114. Theedge ring 115 is disposed on the upper surface of the peripheral portion of thelower electrode 113 so as to surround the wafer W. Although not shown, in one embodiment, thesupport 111 may include a lifter pin that penetrates thesupport 111 and is configured to be raised and lowered by abutting against the lower surface of the wafer W. Furthermore, although not shown, in one embodiment, thesupport 111 may include a temperature adjustment module configured to adjust at least one of theelectrostatic chuck 114 and the wafer W to a target temperature. The temperature adjustment module may include a heater, a flow path, or a combination thereof. A temperature adjustment fluid such as a refrigerant or a heat transfer gas flows through the flow path.

上部電極シャワーヘッド１１２は、ガス供給部１２０からの１又はそれ以上の処理ガスをプラズマ処理空間１１０ｓに供給するように構成される。一実施形態において、上部電極シャワーヘッド１１２は、ガス入口１１２ａ、ガス拡散室１１２ｂ、及び複数のガス出口１１２ｃを有する。ガス入口１１２ａは、ガス供給部１２０及びガス拡散室１１２ｂと流体連通している。複数のガス出口１１２ｃは、ガス拡散室１１２ｂ及びプラズマ処理空間１１０ｓと流体連通している。一実施形態において、上部電極シャワーヘッド１１２は、１又はそれ以上の処理ガスをガス入口１１２ａからガス拡散室１１２ｂ及び複数のガス出口１１２ｃを介してプラズマ処理空間１１０ｓに供給するように構成される。Theupper electrode showerhead 112 is configured to supply one or more process gases from thegas supply 120 to theplasma processing space 110s. In one embodiment, theupper electrode showerhead 112 has agas inlet 112a, agas diffusion chamber 112b, andmultiple gas outlets 112c. Thegas inlet 112a is in fluid communication with thegas supply 120 and thegas diffusion chamber 112b. Themultiple gas outlets 112c are in fluid communication with thegas diffusion chamber 112b and theplasma processing space 110s. In one embodiment, theupper electrode showerhead 112 is configured to supply one or more process gases from thegas inlet 112a through thegas diffusion chamber 112b andmultiple gas outlets 112c to theplasma processing space 110s.

ガス供給部１２０は、１又はそれ以上のガスソース１２１及び１又はそれ以上の流量制御器１２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部１２０は、１又はそれ以上の処理ガスを、それぞれに対応のガスソース１２１からそれぞれに対応の流量制御器１２２を介してガス入口１１２ａに供給するように構成される。各流量制御器１２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部１２０は、１又はそれ以上の処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。Thegas supply 120 may include one ormore gas sources 121 and one ormore flow controllers 122. In one embodiment, thegas supply 120 is configured to supply one or more process gases from arespective gas source 121 to thegas inlet 112a via arespective flow controller 122. Eachflow controller 122 may include, for example, a mass flow controller or a pressure-controlled flow controller. Additionally, thegas supply 120 may include one or more flow modulation devices to modulate or pulse the flow rate of one or more process gases.

ＲＦ電力供給部１３０は、ＲＦ電力、例えば１又はそれ以上のＲＦ信号を、下部電極１１３、上部電極シャワーヘッド１１２、又は、下部電極１１３及び上部電極シャワーヘッド１１２の双方のような１又はそれ以上の電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１１０ｓに供給された１又はそれ以上の処理ガスからプラズマが生成される。したがって、ＲＦ電力供給部１３０は、プラズマ処理チャンバにおいて１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。一実施形態において、ＲＦ電力供給部１３０は、２つのＲＦ生成部１３１ａ、１３１ｂ及び２つの整合回路１３２ａ、１３２ｂを含む。一実施形態において、ＲＦ電力供給部１３０は、第１のＲＦ信号を第１のＲＦ生成部１３１ａから第１の整合回路１３２ａを介して下部電極１１３に供給するように構成される。例えば、第１のＲＦ信号は、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有してもよい。TheRF power supply 130 is configured to supply RF power, e.g., one or more RF signals, to one or more electrodes, such as thelower electrode 113, theupper electrode showerhead 112, or both thelower electrode 113 and theupper electrode showerhead 112. This generates a plasma from one or more process gases supplied to theplasma processing space 110s. Thus, theRF power supply 130 may function as at least a part of a plasma generating unit configured to generate a plasma from one or more process gases in the plasma processing chamber. In one embodiment, theRF power supply 130 includes twoRF generating units 131a, 131b and twomatching circuits 132a, 132b. In one embodiment, theRF power supply 130 is configured to supply a first RF signal from the firstRF generating unit 131a through thefirst matching circuit 132a to thelower electrode 113. For example, the first RF signal may have a frequency in the range of 27 MHz to 100 MHz.

また、一実施形態において、ＲＦ電力供給部１３０は、第２のＲＦ信号を第２のＲＦ生成部１３１ｂから第２の整合回路１３２ｂを介して下部電極１１３に供給するように構成される。例えば、第２のＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有してもよい。代わりに、第２のＲＦ生成部１３１ｂに代えて、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）パルス生成部を用いてもよい。In one embodiment, the RFpower supply unit 130 is configured to supply a second RF signal from the secondRF generating unit 131b to thelower electrode 113 via thesecond matching circuit 132b. For example, the second RF signal may have a frequency in the range of 400 kHz to 13.56 MHz. Alternatively, a DC (Direct Current) pulse generating unit may be used in place of the secondRF generating unit 131b.

さらに、図示は省略するが、本開示においては他の実施形態が考えられる。例えば、代替実施形態において、ＲＦ電力供給部１３０は、第１のＲＦ信号をＲＦ生成部から下部電極１１３に供給し、第２のＲＦ信号を他のＲＦ生成部から下部電極１１３に供給し、第３のＲＦ信号をさらに他のＲＦ生成部から下部電極１１３に供給するように構成されてもよい。加えて、他の代替実施形態において、ＤＣ電圧が上部電極シャワーヘッド１１２に印加されてもよい。Furthermore, although not shown, other embodiments are contemplated in the present disclosure. For example, in an alternative embodiment, theRF power supply 130 may be configured to supply a first RF signal from an RF generator to thelower electrode 113, a second RF signal from another RF generator to thelower electrode 113, and a third RF signal from yet another RF generator to thelower electrode 113. Additionally, in another alternative embodiment, a DC voltage may be applied to theupper electrode showerhead 112.

またさらに、種々の実施形態において、１又はそれ以上のＲＦ信号（すなわち、第１のＲＦ信号、第２のＲＦ信号等）の振幅がパルス化又は変調されてもよい。振幅変調は、オン状態とオフ状態との間、あるいは、２又はそれ以上の異なるオン状態の間でＲＦ信号振幅をパルス化することを含んでもよい。Still further, in various embodiments, one or more RF signals (i.e., the first RF signal, the second RF signal, etc.) may be pulsed or modulated in amplitude. Amplitude modulation may include pulsing the RF signal amplitude between an on state and an off state, or between two or more different on states.

排気システム１４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１１０の底部に設けられた排気口１１０ｅに接続され得る。排気システム１４０は、圧力弁及び真空ポンプを含んでもよい。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、粗引きポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。The exhaust system 140 may be connected to anexhaust port 110e, for example, at the bottom of theplasma processing chamber 110. The exhaust system 140 may include a pressure valve and a vacuum pump. The vacuum pump may include a turbomolecular pump, a roughing pump, or a combination thereof.

一実施形態において、制御部１０１は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１００に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部１０１は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１００の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部１０１の一部又は全てがプラズマ処理装置１００に含まれてもよい。制御部１０１は、例えばコンピュータ１５０を含んでもよい。コンピュータ１５０は、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１５１、記憶部１５２、及び通信インターフェース１５３を含んでもよい。処理部１５１は、記憶部１５２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部１５２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース１５３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１００との間で通信してもよい。In one embodiment, thecontrol unit 101 processes computer-executable instructions that cause theplasma processing apparatus 100 to perform the various steps described in this disclosure. Thecontrol unit 101 may be configured to control each element of theplasma processing apparatus 100 to perform the various steps described herein. In one embodiment, a part or all of thecontrol unit 101 may be included in theplasma processing apparatus 100. Thecontrol unit 101 may include, for example, acomputer 150. Thecomputer 150 may include, for example, a processing unit (CPU: Central Processing Unit) 151, amemory unit 152, and acommunication interface 153. Theprocessing unit 151 may be configured to perform various control operations based on a program stored in thememory unit 152. Thestorage unit 152 may include a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a HDD (Hard Disk Drive), a SSD (Solid State Drive), or a combination thereof. Thecommunication interface 153 may communicate with theplasma processing apparatus 100 via a communication line such as a LAN (Local Area Network).

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。Although various exemplary embodiments have been described above, various additions, omissions, substitutions, and modifications may be made without being limited to the exemplary embodiments described above. In addition, elements in different embodiments may be combined to form other embodiments.

＜ウェハ処理＞
次に、以上のように構成された処理モジュール６０を用いて行われるウェハ処理について説明する。なお、処理モジュール６０では、ウェハＷに対して、例えばエッチング処理、成膜処理、拡散処理などの処理を行う。<Wafer Processing>
Next, a description will be given of wafer processing performed using theprocessing module 60 configured as above. In theprocessing module 60, processing such as etching, film formation, and diffusion is performed on the wafer W.

先ず、プラズマ処理チャンバ１１０の内部にウェハＷを搬入し、リフタピンの昇降により静電チャック１１４上にウェハＷを載置する。その後、静電チャック１１４の電極に直流電圧を印加することにより、ウェハＷはクーロン力によって静電チャック１１４に静電吸着され、保持される。また、ウェハＷの搬入後、排気システム１４０によってプラズマ処理チャンバ１１０の内部を所定の真空度まで減圧する。First, the wafer W is loaded into theplasma processing chamber 110, and the lifter pins are raised and lowered to place the wafer W on theelectrostatic chuck 114. A DC voltage is then applied to the electrodes of theelectrostatic chuck 114, so that the wafer W is electrostatically attracted to and held on theelectrostatic chuck 114 by Coulomb force. After the wafer W is loaded, the exhaust system 140 reduces the pressure inside theplasma processing chamber 110 to a predetermined vacuum level.

次に、ガス供給部１２０から上部電極シャワーヘッド１１２を介してプラズマ処理空間１１０ｓに処理ガスを供給する。また、ＲＦ電力供給部１３０によりプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを下部電極１１３に供給し、処理ガスを励起させて、プラズマを生成する。この際、ＲＦ電力供給部１３０によりイオン引き込み用の高周波電力ＬＦを供給してもよい。そして、生成されたプラズマの作用によって、ウェハＷにプラズマ処理が施される。Next, thegas supply unit 120 supplies the processing gas to theplasma processing space 110s via the upperelectrode shower head 112. The RFpower supply unit 130 also supplies high frequency power HF for plasma generation to thelower electrode 113 to excite the processing gas and generate plasma. At this time, the RFpower supply unit 130 may also supply high frequency power LF for ion attraction. Then, the wafer W is subjected to plasma processing by the action of the generated plasma.

なお、プラズマ処理中、温調モジュールによって、静電チャック１１４に吸着保持されたウェハＷの温度を調整する。この際、ウェハＷに熱を効率よく伝達させるために、静電チャック１１４の上面に吸着されたウェハＷの裏面に向けて、ＨｅガスやＡｒガス等の伝熱ガスを供給する。During plasma processing, the temperature of the wafer W attracted and held on theelectrostatic chuck 114 is adjusted by the temperature control module. At this time, in order to efficiently transfer heat to the wafer W, a heat transfer gas such as He gas or Ar gas is supplied toward the back surface of the wafer W attracted to the upper surface of theelectrostatic chuck 114.

プラズマ処理を終了する際には、先ず、ＲＦ電力供給部１３０からの高周波電力ＨＦの供給およびガス供給部１２０による処理ガスの供給を停止する。また、プラズマ処理中に高周波電力ＬＦを供給していた場合には、当該高周波電力ＬＦの供給も停止する。次いで、ウェハＷの裏面への伝熱ガスの供給を停止し、静電チャック１１４によるウェハＷの吸着保持を停止する。When plasma processing is terminated, first, the supply of high frequency power HF from the RFpower supply unit 130 and the supply of processing gas by thegas supply unit 120 are stopped. If high frequency power LF was supplied during plasma processing, the supply of the high frequency power LF is also stopped. Next, the supply of heat transfer gas to the back surface of the wafer W is stopped, and the adsorption and holding of the wafer W by theelectrostatic chuck 114 is stopped.

その後、リフタピンによりウェハＷを上昇させ、静電チャック１１４からウェハＷを離脱させる。この離脱の際には、ウェハＷの除電処理を行ってもよい。そして、プラズマ処理チャンバ１１０からウェハＷを搬出して、ウェハＷに対する一連のプラズマ処理が終了する。Then, the wafer W is raised by the lifter pins, and the wafer W is detached from theelectrostatic chuck 114. When detaching the wafer W, a de-electrification process may be performed on the wafer W. Then, the wafer W is unloaded from theplasma processing chamber 110, and the series of plasma processes on the wafer W is completed.

＜評価用ウェハ＞
上述した実施形態において、ウェハ処理をウェハ面内で均一に行うためには、ウェハＷの表面における処理ガスの流れを適切に制御することが肝要である。そこで、ガス流の評価をするためのウェハＷｅ（以下、「評価用ウェハＷｅ」という。）を用いて、処理ガスの流れの大きさ及び向きを測定する。図３は、本実施形態にかかる評価用ウェハＷｅの構成の概略を示す平面図である。<Evaluation wafer>
In the above-described embodiment, in order to perform wafer processing uniformly across the wafer surface, it is essential to appropriately control the flow of the process gas on the surface of the wafer W. Therefore, a wafer We for evaluating the gas flow (hereinafter, referred to as an "evaluation wafer We") is used to measure the magnitude and direction of the process gas flow. Fig. 3 is a plan view showing an outline of the configuration of the evaluation wafer We according to this embodiment.

図３に示すように評価用ウェハＷｅの表面には、複数のフローセンサ２００が設けられている。フローセンサ２００には、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）センサが用いられる。ＭＥＭＳセンサは薄型かつ小型であるため、評価用ウェハＷｅにフローセンサ２００を多数設置することができる。As shown in FIG. 3, a plurality offlow sensors 200 are provided on the surface of the evaluation wafer We. For example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor is used as theflow sensor 200. Since the MEMS sensor is thin and small, a large number offlow sensors 200 can be installed on the evaluation wafer We.

図４に示すようにＭＥＭＳセンサであるフローセンサ２００は、サーマルセンサであり、ヒータ２０１、一対のサーモパイル２０２ａ、２０２ｂ、及び温度センサ２０３を備える。一対のサーモパイル２０２ａ、２０２ｂは、ヒータ２０１を挟んで対称に配置されている。温度センサ２０３は、フローセンサ２００の周囲の温度を測定する。As shown in FIG. 4, theflow sensor 200, which is a MEMS sensor, is a thermal sensor and includes aheater 201, a pair ofthermopiles 202a and 202b, and atemperature sensor 203. The pair ofthermopiles 202a and 202b are arranged symmetrically on either side of theheater 201. Thetemperature sensor 203 measures the temperature around theflow sensor 200.

かかるフローセンサ２００では、ガスの流れがない状態では、ヒータ２０１を中心としたサーモパイル２０２ａ、２０２ｂの温度分布が対称となる。一方、ガスの流れがある状態では、ヒータ２０１の風上側のサーモパイル２０２ａの温度が低く、風下側のサーモパイル２０２ｂの温度が高くなり、温度の平衡状態が崩れる。この温度差をサーモパイル２０２ａ、２０２ｂの起電力差として検出することで、ガスの流量を測定することができる。In such aflow sensor 200, when there is no gas flow, the temperature distribution of the thermopiles 202a and 202b is symmetrical with theheater 201 at the center. On the other hand, when there is gas flow, the temperature of the thermopile 202a on the windward side of theheater 201 is low, and the temperature of thethermopile 202b on the leeward side is high, and the temperature equilibrium state is lost. The flow rate of the gas can be measured by detecting this temperature difference as the electromotive force difference between thethermopiles 202a and 202b.

評価用ウェハＷｅには、２つのフローセンサ２００、２００が一対で設けられている。以下の説明において、一方のフローセンサ２００を第１のフローセンサ２００ａといい、他方のフローセンサ２００を第２のフローセンサ２００ｂという。また、一対のフローセンサ２００ａ、２００ｂを、センサ対２１０という。A pair of twoflow sensors 200, 200 are provided on the evaluation wafer We. In the following description, one of theflow sensors 200 is referred to as thefirst flow sensor 200a, and theother flow sensor 200 is referred to as thesecond flow sensor 200b. The pair offlow sensors 200a, 200b is referred to as thesensor pair 210.

第１のフローセンサ２００ａは、第１の方向（図４の例ではＸ軸方向）におけるガスの流量を測定する。すなわち第１のフローセンサ２００ａでは、ヒータ２０１及びサーモパイル２０２ａ、２０２ｂがＸ軸方向に並べて配置される。第２のフローセンサ２００ｂは、第１の方向と垂直な第２の方向（図４の例ではＹ軸方向）におけるガスの流量を測定する。すなわち第２のフローセンサ２００ｂでは、ヒータ２０１及びサーモパイル２０２ａ、２０２ｂがＹ軸方向に並べて配置される。なお、図４中の矢印はガスの流れを示している。Thefirst flow sensor 200a measures the flow rate of gas in a first direction (the X-axis direction in the example of FIG. 4). That is, in thefirst flow sensor 200a, theheater 201 and thethermopiles 202a and 202b are arranged side by side in the X-axis direction. Thesecond flow sensor 200b measures the flow rate of gas in a second direction perpendicular to the first direction (the Y-axis direction in the example of FIG. 4). That is, in thesecond flow sensor 200b, theheater 201 and thethermopiles 202a and 202b are arranged side by side in the Y-axis direction. Note that the arrows in FIG. 4 indicate the flow of gas.

このようにセンサ対２１０では、第１のフローセンサ２００ａと第２のフローセンサ２００ｂがそれぞれ直交する方向のガスの流量を測定する。そして、第１のフローセンサ２００ａと第２のフローセンサ２００ｂの測定結果（ガス流のベクトル）を合成することで、センサ対２１０が設けられた位置におけるガスの流れの大きさ（流量）と方向を測定することが可能となる。In this way, in thesensor pair 210, thefirst flow sensor 200a and thesecond flow sensor 200b each measure the gas flow rate in a direction perpendicular to each other. Then, by combining the measurement results (gas flow vectors) of thefirst flow sensor 200a and thesecond flow sensor 200b, it is possible to measure the magnitude (flow rate) and direction of the gas flow at the position where thesensor pair 210 is installed.

図３に示すように評価用ウェハＷｅには、その表面全面において、上述したセンサ対２１０が複数対形成されている。そして、各センサ対２１０がガス流の大きさ及び方向を測定する。各センサ対２１０の測定結果は、出力部２２０に出力される。この出力形式は特に限定されるものではないが、例えば無線ＬＡＮが用いられる。出力部２２０では、各センサ対２１０が測定したガス流の大きさ及び方向を可視化する。そして、評価用ウェハＷｅの表面におけるガス流を把握することができる。As shown in FIG. 3, the evaluation wafer We has multiple pairs of the above-mentioned sensor pairs 210 formed over the entire surface thereof. Eachsensor pair 210 measures the magnitude and direction of the gas flow. The measurement results of eachsensor pair 210 are output to theoutput unit 220. The output format is not particularly limited, but may be, for example, a wireless LAN. Theoutput unit 220 visualizes the magnitude and direction of the gas flow measured by eachsensor pair 210. The gas flow on the surface of the evaluation wafer We can then be grasped.

＜ガス流測定方法＞
次に、上述した処理モジュール６０における、評価用ウェハＷｅを用いた処理ガスの流れの測定方法について説明する。<Gas flow measurement method>
Next, a method for measuring the flow of the process gas in the above-mentionedprocess module 60 using the evaluation wafer We will be described.

先ず、プラズマ処理チャンバ１１０の内部に評価用ウェハＷｅを搬入し、リフタピンの昇降により静電チャック１１４上に評価用ウェハＷｅを載置する。その後、静電チャック１１４の電極に直流電圧を印加することにより、評価用ウェハＷｅはクーロン力によって静電チャック１１４に静電吸着され、保持される。また、評価用ウェハＷｅの搬入後、排気システム１４０によってプラズマ処理チャンバ１１０の内部を所定の真空度まで減圧する。First, the evaluation wafer We is loaded into theplasma processing chamber 110, and the lifter pins are raised and lowered to place the evaluation wafer We on theelectrostatic chuck 114. Then, a DC voltage is applied to the electrodes of theelectrostatic chuck 114, so that the evaluation wafer We is electrostatically attracted to and held by theelectrostatic chuck 114 due to Coulomb force. After the evaluation wafer We is loaded, the inside of theplasma processing chamber 110 is depressurized to a predetermined vacuum level by the exhaust system 140.

次に、ガス供給部１２０から上部電極シャワーヘッド１１２を介してプラズマ処理空間１１０ｓに処理ガスを供給する。評価用ウェハＷｅでは、複数のフローセンサ２００（複数対のセンサ対２１０）によって、評価用ウェハＷｅの表面における処理ガスの流れの大きさ及び向きが測定される。なお、この際、下部電極１１３には高周波電力が印加されず、すなわちプラズマは生成されない。Next, processing gas is supplied from thegas supply unit 120 to theplasma processing space 110s via the upperelectrode shower head 112. In the evaluation wafer We, the magnitude and direction of the flow of processing gas on the surface of the evaluation wafer We are measured by multiple flow sensors 200 (multiple pairs of sensors 210). At this time, no high-frequency power is applied to thelower electrode 113, i.e., no plasma is generated.

フローセンサ２００による測定結果は、出力部２２０に出力される。出力部２２０では、処理ガスの流れ及び大きさが可視化される。図５は、評価用ウェハＷｅにおける処理ガスの流れを示す一例である。図５において、矢印が処理ガスの流れの向きＦを示し、矢印の大きさが処理ガスの大きさ（流量）を示し、矢印の向きが処理ガスの向きを示している。The measurement results from theflow sensor 200 are output to theoutput section 220. The flow and magnitude of the process gas are visualized in theoutput section 220. FIG. 5 is an example showing the flow of the process gas in the evaluation wafer We. In FIG. 5, the arrow indicates the flow direction F of the process gas, the size of the arrow indicates the magnitude (flow rate) of the process gas, and the direction of the arrow indicates the direction of the process gas.

処理ガスの流れの測定が終了すると、ガス供給部１２０による処理ガスの供給を停止する。次いで、静電チャック１１４による評価用ウェハＷｅの吸着保持を停止する。When the measurement of the process gas flow is completed, the supply of process gas by thegas supply unit 120 is stopped. Next, theelectrostatic chuck 114 stops attracting and holding the evaluation wafer We.

その後、リフタピンにより評価用ウェハＷｅを上昇させ、静電チャック１１４から評価用ウェハＷｅを離脱させる。この離脱の際には、ウェハＷの除電処理を行ってもよい。そして、プラズマ処理チャンバ１１０から評価用ウェハＷｅを搬出して、一連の処理ガスの流れの測定が終了する。Then, the evaluation wafer We is raised by the lifter pins and detached from theelectrostatic chuck 114. When detaching the evaluation wafer We, a de-electrification process may be performed on the wafer W. Then, the evaluation wafer We is unloaded from theplasma processing chamber 110, and the series of measurements of the process gas flow is completed.

以上の実施形態によれば、複数のフローセンサ２００（複数対のセンサ対２１０）を用いて、評価用ウェハＷｅにおける処理ガスの流れの大きさ及び向きを適切に測定することができる。このように処理ガスの流れを把握できると、例えば、製品用のウェハＷに処理を行う際に、ウェハ面内で処理ガスが適切に流れるように、当該処理ガスを制御することができる。その結果、ウェハＷに対して所望の処理を面内均一に適切に行うことができる。また、ウェハ面内で処理ガスが極小的に高濃度になるように、当該処理ガスを制御することもできる。その結果、ウェハＷに対する処理において局所的に生じた不具合を改善することも可能である。いずれの場合も、処理モジュール６０における各部材（ハード）の形状や寸法などを最適化できる。According to the above embodiment, the magnitude and direction of the flow of the process gas in the evaluation wafer We can be appropriately measured using multiple flow sensors 200 (multiple pairs of sensors 210). If the flow of the process gas can be grasped in this way, for example, when processing a product wafer W, the process gas can be controlled so that the process gas flows appropriately within the wafer surface. As a result, the desired process can be appropriately performed on the wafer W uniformly within the surface. In addition, the process gas can be controlled so that the process gas is minimally concentrated within the wafer surface. As a result, it is possible to improve localized defects in the processing of the wafer W. In either case, the shape and dimensions of each component (hardware) in theprocessing module 60 can be optimized.

また、製品用のウェハＷに処理を行う前後で、処理ガスの流れの大きさ及び向きを測定し、これらの測定結果を比較することで、トラブルが生じた際の原因を究明することができる。具体的には例えば、一の処理モジュール６０において、製品用のウェハＷに処理を行う前に、処理ガスの流れの大きさ及び向きの初期値を測定する。その後。製品用のウェハＷに処理を行った後、処理ガスの流れの大きさ及び向きを測定する。そして、処理（プロセス）前に測定した初期値と、処理後に測定した測定結果を比較することで、トラブルの原因を究明することができる。しかも、従来のようにトライアンドエラーを繰り返す必要がなく、早期にトラブルの原因を特定することが可能となる。In addition, by measuring the magnitude and direction of the process gas flow before and after processing the product wafer W, and comparing these measurement results, the cause of any trouble that may occur can be identified. Specifically, for example, in oneprocessing module 60, the initial values of the magnitude and direction of the process gas flow are measured before processing the product wafer W. Then, after processing the product wafer W, the magnitude and direction of the process gas flow are measured. Then, by comparing the initial values measured before processing (the process) with the measurement results measured after processing, the cause of the trouble can be identified. Moreover, there is no need to repeat trial and error as in the past, and it is possible to identify the cause of the trouble at an early stage.

トラブルの原因は、例えばプラズマ処理チャンバ１１０に付着物が付着する場合や、上部電極シャワーヘッド１１２のガス出口１１２ｃが詰まる場合など、種々存在する。プラズマ処理チャンバ１１０のトラブルの場合と上部電極シャワーヘッド１１２のトラブルの場合では、評価用ウェハＷｅにおける処理ガスの流れ方が異なる。そこで、本実施形態では、処理ガスの流れ方を測定することで、トラブルの原因を特定することができる。なお、トラブルの原因究明には、処理ガスの流れだけでなく、例えばトラブル発生時のエッチングレートなど、他のデータを用いてもよい。There are various causes of trouble, such as adhesion of deposits to theplasma processing chamber 110 or clogging of thegas outlet 112c of theupper electrode showerhead 112. The flow of the process gas in the evaluation wafer We differs between a trouble in theplasma processing chamber 110 and a trouble in theupper electrode showerhead 112. Therefore, in this embodiment, the cause of the trouble can be identified by measuring the flow of the process gas. Note that in order to identify the cause of the trouble, not only the flow of the process gas but also other data, such as the etching rate at the time the trouble occurred, may be used.

また、フローセンサ２００として、ＭＥＭＳセンサなどの比熱の影響受けるセンサを用いた場合、処理モジュール６０内のガス成分が変化すると、フローセンサ２００からの出力が変動する。例えば、処理ガスに、前工程における残留ガスや処理モジュール６０内に堆積した反応生成物から発生したガスなどが混入すると、混入したガスの比熱に応じてフローセンサ２００からの出力が変動する。したがって、ウェハＷの処理に異常が生じた場合に、そのときのフローセンサ２００からの出力と、処理モジュール６０内に処理ガスのみを流した場合の出力とを比較することで、混入したガスの種類などを特定することができる。In addition, when a sensor that is affected by specific heat, such as a MEMS sensor, is used as theflow sensor 200, the output from theflow sensor 200 fluctuates when the gas components in theprocessing module 60 change. For example, when the processing gas is mixed with residual gas from the previous process or gas generated from reaction products accumulated in theprocessing module 60, the output from theflow sensor 200 fluctuates according to the specific heat of the mixed gas. Therefore, when an abnormality occurs in the processing of the wafer W, the type of mixed gas can be identified by comparing the output from theflow sensor 200 at that time with the output when only the processing gas is flowing in theprocessing module 60.

＜他の実施形態＞
評価用ウェハＷｅにおいて、フローセンサ２００の配置や数は、図３に示した例に限定されない。例えば図６に示すように、評価用ウェハＷｅの同心円周上に、複数のセンサ対２１０が等間隔で配置されていてもよい。かかる場合であっても、センサ対２１０が設けられた位置における処理ガスの大きさ及び向きを測定することができるので、評価用ウェハＷｅの表面におけるガス流を測定することができる。<Other embodiments>
In the evaluation wafer We, the arrangement and number of theflow sensors 200 are not limited to the example shown in Fig. 3. For example, as shown in Fig. 6, a plurality of sensor pairs 210 may be arranged at equal intervals on a concentric circumference of the evaluation wafer We. Even in such a case, the magnitude and direction of the process gas at the position where thesensor pair 210 is provided can be measured, and therefore the gas flow on the surface of the evaluation wafer We can be measured.

また、処理モジュール６０に評価用ウェハＷｅを搬送する際に、複数のフローセンサ２００を用いて、評価用ウェハＷｅの表面におけるガスの流れの大きさ及び向きを測定してもよい。In addition, when the evaluation wafer We is transported to theprocessing module 60,multiple flow sensors 200 may be used to measure the magnitude and direction of the gas flow on the surface of the evaluation wafer We.

ウェハ処理装置１において、トランスファモジュール５０の内部の圧力は、処理モジュール６０の内部の圧力に比べて高くなっている。例えば処理モジュール６０においてエッチング処理を行う場合、プラズマ処理チャンバ１１０の内部にはパーティクルが生じるが、トランスファモジュール５０を陽圧にすることで、このパーティクルがトランスファモジュール５０に流出するのを抑制する。かかる場合、評価用ウェハＷｅを処理モジュール６０に搬入する際、ゲートバルブ６１を開放すると、トランスファモジュール５０から処理モジュール６０に一方向のガスの流れが生じる。In thewafer processing apparatus 1, the pressure inside thetransfer module 50 is higher than the pressure inside theprocessing module 60. For example, when performing an etching process in theprocessing module 60, particles are generated inside theplasma processing chamber 110, but by making thetransfer module 50 positive pressure, the particles are prevented from flowing out into thetransfer module 50. In this case, when the evaluation wafer We is loaded into theprocessing module 60, if thegate valve 61 is opened, a one-way gas flow occurs from thetransfer module 50 to theprocessing module 60.

ここで、評価用ウェハＷｅを処理モジュール６０に搬入する際、その搬送速度によっては、トランスファモジュール５０から処理モジュール６０に向かうガスの流れに乱れや対流が生じるおそれがある。そこで、評価用ウェハＷｅを処理モジュール６０に搬入する際、複数のフローセンサ２００を用いて、表面のガスの流れの大きさ及び向きを測定する。そして、評価用ウェハＷｅの搬送速度を変動させ、また搬送速度の加速度を変動させて、図７に示すようにトランスファモジュール５０から処理モジュール６０に一方向のガスの流れＦが生じるように、これら搬送速度と加速度を最適化する。Here, when the evaluation wafer We is loaded into theprocessing module 60, depending on the transfer speed, there is a risk that turbulence or convection may occur in the gas flow from thetransfer module 50 to theprocessing module 60. Therefore, when the evaluation wafer We is loaded into theprocessing module 60,multiple flow sensors 200 are used to measure the magnitude and direction of the gas flow on the surface. Then, by varying the transfer speed of the evaluation wafer We and varying the acceleration of the transfer speed, these transfer speeds and accelerations are optimized so that a unidirectional gas flow F occurs from thetransfer module 50 to theprocessing module 60 as shown in FIG. 7.

以上のように、評価用ウェハＷｅを処理モジュール６０に搬入する際の搬送速度と加速度を最適化することで、ガスの流れを適正化し、処理モジュール６０の内部のパーティクルがトランスファモジュール５０に流出するのを抑制することができる。As described above, by optimizing the transport speed and acceleration when loading the evaluation wafer We into theprocessing module 60, the gas flow can be optimized and particles inside theprocessing module 60 can be prevented from flowing out into thetransfer module 50.

なお、評価用ウェハＷｅを処理モジュール６０から搬出する際にも同様に、評価用ウェハＷｅの表面におけるガスの流れの大きさ及び向きを測定し、搬送速度と加速度を最適化することができる。Similarly, when the evaluation wafer We is transported out of theprocessing module 60, the magnitude and direction of the gas flow on the surface of the evaluation wafer We can be measured to optimize the transport speed and acceleration.

一方で、大量のガスがトランスファモジュール５０から処理モジュール６０に流れると、処理モジュール６０の内部の雰囲気コンディションを変えるおそれがある。かかる場合、処理モジュール６０で処理を行う前に内部雰囲気を調整するのに時間がかかる。そこで、このガスの流量も考慮して、評価用ウェハＷｅの搬送速度と加速度を最適化することで、処理モジュール６０の雰囲気を維持し、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。On the other hand, if a large amount of gas flows from thetransfer module 50 to theprocessing module 60, this may change the atmospheric conditions inside theprocessing module 60. In such a case, it takes time to adjust the internal atmosphere before processing in theprocessing module 60. Therefore, by optimizing the transport speed and acceleration of the evaluation wafer We, taking into account the flow rate of this gas, it is possible to maintain the atmosphere in theprocessing module 60 and improve the throughput of wafer processing.

以上の実施形態では、評価用ウェハＷｅの表面におけるガスの流れの大きさ及び向きを測定したが、製品用のウェハＷの表面に複数のフローセンサ２００を設けて、当該ウェハＷの表面におけるガスの流れの大きさ及び向きを測定してもよい。かかる場合、処理モジュール６０においてウェハＷを処理する際には、測定結果に基づいて、リアルタイムで処理ガスの流れを制御することができる。また、トランスファモジュール５０と処理モジュール６０との間でウェハＷを搬送する際には、測定結果に基づいて、リアルタイムで搬送速度と加速度を最適化することができる。In the above embodiment, the magnitude and direction of the gas flow on the surface of the evaluation wafer We were measured, butmultiple flow sensors 200 may be provided on the surface of the product wafer W to measure the magnitude and direction of the gas flow on the surface of the wafer W. In such a case, when the wafer W is processed in theprocessing module 60, the flow of the processing gas can be controlled in real time based on the measurement results. Furthermore, when the wafer W is transported between thetransfer module 50 and theprocessing module 60, the transport speed and acceleration can be optimized in real time based on the measurement results.

また、以上の実施形態では、評価用ウェハＷｅの表面に複数のフローセンサ２００を設けたが、処理モジュール６０における各部材にフローセンサ２００（センサ対２１０）を設けてもよい。例えばプラズマ処理チャンバ１１０の内側面、上部電極シャワーヘッド１１２の下面、静電チャック１１４の上面、エッジリング１１５の上面などに、フローセンサ２００（センサ対２１０）を設けてもよい。かかる場合、処理モジュール６０の内部における処理ガスの流れの大きさ及び向きも測定することができる。In the above embodiment,multiple flow sensors 200 are provided on the surface of the evaluation wafer We, but the flow sensors 200 (sensor pair 210) may be provided on each component in theprocessing module 60. For example, the flow sensors 200 (sensor pair 210) may be provided on the inner surface of theplasma processing chamber 110, the lower surface of theupper electrode showerhead 112, the upper surface of theelectrostatic chuck 114, the upper surface of theedge ring 115, etc. In such a case, the magnitude and direction of the flow of the processing gas inside theprocessing module 60 can also be measured.

以上の実施形態では、フローセンサ２００としてＭＥＭＳセンサを用いたが、これに限定されない。ガスの流量を測定できるセンサであれば任意のフローセンサを用いることができる。In the above embodiment, a MEMS sensor is used as theflow sensor 200, but this is not limited to this. Any flow sensor that can measure the flow rate of gas can be used.

以上の実施形態では、処理モジュール６０においてエッチング処理、成膜処理、拡散処理などの処理を行ったが、本開示の評価用ウェハＷｅとガス流測定方法は、ガスを用いたウェハ処理であれば他の処理にも適用することができる。In the above embodiment, processes such as etching, film formation, and diffusion were performed in theprocessing module 60, but the evaluation wafer We and gas flow measurement method disclosed herein can also be applied to other wafer processes that use gas.

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。The embodiments disclosed herein should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The above-described embodiments may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.

１ ウェハ処理装置
６０ 処理モジュール
１０１ 制御部
１１０ プラズマ処理チャンバ
１１４ 静電チャック
１２０ ガス供給部
２００ フローセンサ
Ｗ ウェハ
Ｗｅ 評価用ウェハ REFERENCE SIGNSLIST 1Wafer processing apparatus 60Processing module 101Control unit 110Plasma processing chamber 114Electrostatic chuck 120Gas supply unit 200 Flow sensor W Wafer We Evaluation wafer

Claims (11)

Translated fromJapanese

（ａ）チャンバの内部に設けられた載置台に、表面に複数のフローセンサを有する基板を載置する工程と、
（ｂ）前記チャンバの内部に処理ガスを供給する工程と、
（ｃ）前記複数のフローセンサを用いて前記基板の表面における前記処理ガスの流れの大きさ及び向きを測定する工程と、
（ｄ）製品用基板に処理を行う工程と、
（ｅ）前記工程（ａ）～（ｃ）を行い、前記処理ガスの流れの大きさ及び向きを評価する工程と、
を含み、
前記工程（ｅ）は、
（ｅ１）前記工程（ｄ）の前に、前記工程（ａ）～（ｃ）を行い、前記処理ガスの流れの大きさ及び向きの初期値を測定する工程と、
（ｅ２）前記工程（ｄ）の後に、前記工程（ａ）～（ｃ）を行う工程と、
（ｅ３）前記工程（ｅ１）で測定した初期値と、前記工程（ｅ２）の測定結果とを比較する工程と、
を備える、基板処理方法。(a) placing a substrate having a plurality of flow sensors on a surface thereof on a stage provided inside a chamber;
(b) supplying a process gas into the chamber;
(c) measuring a magnitude and direction of flow of the process gas at a surface of the substrate using the plurality of flow sensors;
(d) subjecting the product substrate to processing;
(e) performing steps (a) to (c) and evaluating the magnitude and direction of the process gas flow;
Including,
The step (e)
(e1) performing steps (a) to (c) and measuring an initial value of the magnitude and direction of the flow of the process gas prior to step (d);
(e2) performing the steps (a) to (c) after the step (d);
(e3) comparing the initial value measured in the step (e1) with the measurement result of the step (e2);
A substrate processing method comprising:前記基板は、前記処理ガスの流れを測定するための評価用基板である、請求項１に記載の基板処理方法。The substrate processing method according to claim1 , wherein the substrate is an evaluation substrate for measuring the flow of the processing gas.前記フローセンサはＭＥＭＳフローセンサである、請求項１又は２に記載の基板処理方法。The substrate processing method according to claim1 , wherein the flow sensor is a MEMS flow sensor.前記複数のフローセンサは、第１の方向における前記処理ガスの流量を測定する第１のフローセンサと、前記第１の方向と垂直な第２の方向における前記処理ガスの流量を測定する第２のフローセンサとを備えたセンサ対を複数対有し、
前記工程（ｃ）において、前記センサ対を用いて、当該センサ対が設けられた位置における前記処理ガスの大きさ及び向きを測定する、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理方法。the plurality of flow sensors include a plurality of sensor pairs each including a first flow sensor for measuring a flow rate of the process gas in a first direction and a second flow sensor for measuring a flow rate of the process gas in a second direction perpendicular to the first direction;
4. The substrate processing method according to claim1 , wherein in the step (c), the sensor pair is used to measure a magnitude and a direction of the processing gas at a position where the sensor pair is provided.前記複数対のセンサ対は、前記第１の方向と前記第２の方向に並べて配置されている、請求項４に記載の基板処理方法。The substrate processing method according to claim 4 , wherein the plurality of sensor pairs are arranged side by side in the first direction and the second direction.前記複数対のセンサ対は、前記基板の同心円周上に等間隔で配置されている、請求項４に記載の基板処理方法。The substrate processing method according to claim 4 , wherein the plurality of sensor pairs are arranged at equal intervals on a concentric circumference of the substrate.（ｆ）製品用基板に処理を行う工程と、
（ｇ）前記工程（ａ）～（ｃ）を行い、前記フローセンサからの出力に基づき、前記処理ガスに含まれる成分を評価する工程と、
をさらに含み、
前記工程（ｇ）は、
（ｇ１）前記チャンバの内部に処理ガスのみを供給し、前記フローセンサの出力を測定する工程と、
（ｇ２）前記処理ガスに、前記工程（ｆ）における残留ガス又は前記チャンバの内部に堆積した反応生成物から発生したガスが混入した場合に、前記工程（ａ）～（ｃ）を行い、前記フローセンサの出力を測定する工程と、
（ｇ３）前記工程（ｇ１）で測定した出力と、前記工程（ｇ２）で測定した出力とを比較する工程と、
を備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の基板処理方法。(f) subjecting the production substrate to processing;
(g) performing the steps (a) to (c) and evaluating components contained in the process gas based on an output from the flow sensor;
Further comprising:
The step (g)
(g1) supplying only a process gas into the chamber and measuring an output of the flow sensor;
(g2) performing steps (a) to (c) and measuring the output of the flow sensor whenthe processgas is contaminated with the residual gas from step (f) or the gas generated from the reaction product deposited inside the chamber ;
(g3) comparing the output measured in the step (g1) with the output measured in thestep (g2);
The substrate processing method according to claim1 , further comprising:（ｈ）前記工程（ａ）の前に、前記チャンバに前記基板を搬送する際に、前記複数のフローセンサを用いて前記基板の表面におけるガスの流れの大きさ及び向きを測定する工程をさらに含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の基板処理方法。The substrate processing method according to any one of claims 1 to 7, further comprising the step of: (h) prior to the step (a ), measuring a magnitude and a direction of gas flow on a surface of the substrate using the plurality of flow sensors when the substrate is transported to the chamber.ガス供給口及びガス排出口を有するチャンバと、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
（ａ）前記チャンバ内部に設けられた載置台に、表面に複数のフローセンサを有する基板を載置する工程と、
（ｂ）前記チャンバの内部に処理ガスを供給する工程と、
（ｃ）前記複数のフローセンサを用いて、前記基板の表面における前記処理ガスの流れの大きさ及び向きを測定する工程と、
（ｄ）製品用基板に処理を行う工程と、
（ｅ）前記工程（ａ）～（ｃ）を行い、前記処理ガスの流れの大きさ及び向きを評価する工程と、
を含み、
前記工程（ｅ）が、
（ｅ１）前記工程（ｄ）の前に、前記工程（ａ）～（ｃ）を行い、前記処理ガスの流れの大きさ及び向きの初期値を測定する工程と、
（ｅ２）前記工程（ｄ）の後に、前記工程（ａ）～（ｃ）を行う工程と、
（ｅ３）前記工程（ｅ１）で測定した初期値と、前記工程（ｅ２）の測定結果とを比較する工程と、
を備える処理を実行するように装置を制御し、
前記フローセンサは、ヒータ、一対のサーモパイル及び温度センサを備え、
前記一対のサーモパイルは、前記ヒータを挟んで対称に配置されている、基板処理装置。a chamber having a gas inlet and a gas outlet;
A control unit;
Equipped with
The control unit is
(a) placing a substrate having a plurality of flow sensors on a surface thereof on a stage provided inside the chamber;
(b) supplying a process gas into the chamber;
(c) measuring a magnitude and direction of flow of the process gas at a surface of the substrate using the plurality of flow sensors;
(d) subjecting the product substrate to processing;
(e) performing steps (a) to (c) and evaluating the magnitude and direction of the process gas flow;
Including,
The step (e)
(e1) performing steps (a) to (c) and measuring an initial value of the magnitude and direction of the flow of the process gas prior to step (d);
(e2) performing the steps (a) to (c) after the step (d);
(e3) comparing the initial value measured in the step (e1) with the measurement result of the step (e2);
Controlling an apparatus to perform a processcomprising :
The flow sensor includes a heater, a pair of thermopiles, and a temperature sensor.
The pair of thermopiles are disposed symmetrically with respect to the heater.前記複数のフローセンサは、第１の方向における前記処理ガスの流量を測定する第１のフローセンサと、前記第１の方向と垂直な第２の方向における前記処理ガスの流量を測定する第２のフローセンサとを備えたセンサ対を複数対有し、
前記複数対のセンサ対は、前記第１の方向と前記第２の方向に並べて配置されている、請求項９に記載の基板処理装置。the plurality of flow sensors include a plurality of sensor pairs each including a first flow sensor for measuring a flow rate of the process gas in a first direction and a second flow sensor for measuring a flow rate of the process gas in a second direction perpendicular to the first direction;
The substrate processing apparatus according to claim9 , wherein the plurality of sensor pairs are arranged side by side in the first direction and the second direction.前記複数のフローセンサは、第１の方向における前記処理ガスの流量を測定する第１のフローセンサと、前記第１の方向と垂直な第２の方向における前記処理ガスの流量を測定する第２のフローセンサとを備えたセンサ対を複数対有し、
前記複数対のセンサ対は、前記基板の同心円周上に等間隔で配置されている、請求項９に記載の基板処理装置。
the plurality of flow sensors include a plurality of sensor pairs each including a first flow sensor for measuring a flow rate of the process gas in a first direction and a second flow sensor for measuring a flow rate of the process gas in a second direction perpendicular to the first direction;
The substrate processing apparatus according to claim9 , wherein the plurality of sensor pairs are arranged at equal intervals on a concentric circumference of the substrate.

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